一种用于FLNG绕管式换热器的管芯

本发明属于换热器强化换热，具体是用于大型浮式液化天然气生产储卸装置(flng)的绕管式换热器结构优化

背景技术：

1、随着世界范围环境保护意识的觉醒，人们对天然气这种清洁能源的需求与日俱增，液化天然气(lng)被认为是天然气运输和储存的有效途径。浮式液化天然气生产储卸装置简称flng，是一种浮式液化天然气处理平台，通常为船形结构，其上配有天然气液化装置，用于运输和装卸液化天然气，在天然气液化装置中，螺旋缠绕管式换热器由于承压强、占地面积小、换热效率高等特点而受到广泛的关注，特别是在大规模液化过程中。螺旋缠绕管式换热器的冷凝换热性能决定了液化天然气的产量，为了提高天然气产量，就需要对换热器的冷凝换热性能进行强化。

2、经过对现有技术文献的检索发现，现在普遍应用的光滑圆型管道在干度较大的工况时由于受到重力和液体粘性力的影响，大部分液体工质往往聚集在管道截面底部，导致底部热阻较大有效换热面积减少致使传热恶化；同时由于换热性能有限使换热器体积较大高度较高，在运输过程中受恶劣海况影响大。

3、中国发明专利cn114152117a，公开了一种lng绕管式换热器，该发明提出了一种球面凹坑和翼型凹坑配合设置的绕管式换热器，低干度时使用球面凹坑减薄液膜，高干度时使用翼型凹坑均匀液膜。中国发明专利cn111595180b，提出了一种适用于flng的正弦波纹管型绕管式换热器，相比传统光滑圆管提高了管侧10％至120％的换热能力。但是，以上发明提出的管道对于减薄冷凝液膜的能力有限，提升管侧的换热性能的效果有限，同时加工工艺较为复杂不利于大量生产。

4、因此减薄液膜厚度，使液膜在管内均匀分布同时提高换热性能是目前lng绕管式换热器的研究重点。

技术实现思路

1、为了克服现有技术存在的液膜分布不均匀，换热性能较低的不足，本发明提出了一种用于flng绕管式换热器的管芯。

2、本发明为解决其技术问题采用的技术方案是：

3、一种用于flng绕管式换热器的管芯，为两组管束，管束为绕圆柱规则排列的螺旋形，所绕圆柱的直径为1000～3000mm，管束为螺旋线形，螺旋线的螺旋角为6～15°。管束下端的天然气进口与上端的天然气出口位于同一重力垂直线上。

4、所述管束由并列放置的单股管组成。每一组管束中，所述并列放置的单股管的数量为5～10根。

5、所述单股管的中心线为直线时，称为直单股管，所述直单股管为椭圆螺旋管道，管道的管壁厚度均匀，管道的横截面为椭圆环。

6、所述单股管的管内为天然气流动空间，天然气由所述单股管的下端进入，从单股管的上端排出。

7、两组管束的天然气进口相对于所绕圆柱对称，两组管束的天然气出口相对于所绕圆柱也对称。

8、上述的用于flng绕管式换热器的管芯，所述椭圆环内环的长半轴为8～10mm，短半轴为5.0～6.5mm，焦距为9.33～17.32mm。椭圆螺旋管道外环的椭圆长轴顶点的连线形成螺旋线，螺距为100～200mm。

9、制备螺旋圆管道使用的圆管的内径为10～20mm。

10、上述的用于flng绕管式换热器的管芯，所述直单股管还可以为螺旋圆管道。

11、所述螺旋圆管道为圆管沿圆柱绕制而成，所绕的圆柱直径为12～20mm，所述螺旋圆管道为螺旋线形，螺旋线的螺距50～100mm。制备螺旋圆管道使用的圆管的内径为10～20mm。

12、一种使用flng绕管式换热器的管芯制备的flng绕管式换热器，包括壳体、管芯、中心支撑筒、布液器。

13、所述管芯、所述中心支撑筒、所述布液器均位于所述壳体内部；所述布液器位于所述壳体的上部，所述管芯绕在所述中心支撑筒外侧。

14、所述壳体为圆筒形，在壳体的项部设置有制冷剂入口，底部设置有制冷剂出口，侧壁的下部设置有天然气入口，侧壁的上部设置有天然气出口。

15、所述中心支撑筒为圆柱形，上方设置有布液器，能够接收从制冷剂入口流入的制冷剂。所述制冷剂流过中心支撑筒外侧的管芯，从制冷剂出口流出。

16、所述管芯的下端与天然气入口相连接，所述管芯的上端与天然气出口相连接。

17、天然气从天然气入口进入，流经所述管芯，从天然气出口流出。

18、本发明的有益效果是：

19、一种用于flng绕管式换热器的管芯，利用液体的粘性力，减薄了冷凝液膜的厚度，增加了有效换热面积。

20、本发明管芯，加强了对冷凝液膜的扰动也同时强化了截面上的二次流动，增加了对壁面的剪切力，显著提升了换热性能。

21、本发明管芯，由于有优越的换热性能，可以进一步减小换热器的尺寸，减少由于换热器体积大高度大受恶劣海况影响大的问题，更加集中布局。

技术特征：

1.一种用于flng绕管式换热器的管芯，其特征在于，为两组管束，管束为绕圆柱规则排列的螺旋形，所绕圆柱的直径为1000～3000mm，管束为螺旋线形，螺旋线的螺旋角为6～15°；管束下端的天然气进口与上端的天然气出口位于同一重力垂直线上；

2.根据权利要求1所述的用于flng绕管式换热器的管芯，其特征在于，所述椭圆环内环的长半轴为8～10mm，短半轴为5.0～6.5mm，焦距为9.33～17.32mm；椭圆螺旋管道外环的椭圆长轴顶点的连线形成螺旋线，螺距为100～200mm。

3.根据权利要求1所述的用于flng绕管式换热器的管芯，其特征在于，所述直单股管为螺旋圆管道；

4.使用权利要求1、2、3中任何一种所述的用于flng绕管式换热器的管芯制备的flng绕管式换热器，其特征在于，包括壳体(1)、管芯(6)、中心支撑筒(7)、布液器(8)；

技术总结
本发明属于换热器强化换热技术领域，涉及一种用于FLNG绕管式换热器的管芯，为两组管束，管束为绕圆柱规则排列的螺旋形，所绕圆柱的直径为1000～3000mm，管束为螺旋线形，螺旋线的螺旋角为6～15°。管束由并列放置的单股管组成。每一组管束中，所述并列放置的单股管的数量为5～10根。直单股管可以为椭圆螺旋管道，横截面为椭圆环。直单股管还可以为螺旋圆管道，螺旋线形。本发明利用液体的粘性力，减薄了冷凝液膜的厚度，增加了有效换热面积；加强了对冷凝液膜的扰动也同时强化了截面上的二次流动，增加了对壁面的剪切力，显著提升了换热性能；还可以进一步减小换热器的尺寸，结构布局集中。

技术研发人员：李书磊,张世伯,闫海震,钱泊宇,罗凯,党建军,李代金,秦侃,黄闯
受保护的技术使用者：西北工业大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/11